Az időt csak az emberek találták ki, nem is létezik

A fizikusok már régóta küzdenek azzal, hogy megértsék az idő természetét. Egy új elméleti tanulmány azt sugallja azonban, hogy az idő nem más, csak egy kvantumszinten szőtt illúzió.

„A valóság egyetlen meghatározása sem teszi lehetővé a kvantummechanika létezését."
(Albert Einstein)

A fizika egyik legnehezebb problémája: mi az idő?

Egy nemrég, május 10-én, a Physhical Review A.  szakfolyóiratban publikált új tanulmány szerint az idő nem az univerzum alapvető eleme, hanem sokkal inkább a kvantum-összefonódásból kibontakozó illúzió. Az idő már régóta kényes probléma a fizikusok számára; az univerzumról alkotott legjobb elméleteinkben való ellentmondásos viselkedése hozzájárul ahhoz, hogy megakadályozza a kutatókat a "mindenről szóló elmélet", 

vagyis egy olyan általános teória megalkotásában, amely megmagyarázná az univerzum egészének átfogó fizikai modelljét.

Az új tanulmányban azonban a kutatók azt állítják, hogy találtak egy fontos támpontot a probléma megoldásához azáltal, hogy az időt a kvantum-összefonódás - ami egy rendkívül furcsa és nehezen érthető kapcsolat két egymástól távoli részecske között - következményévé tették. 

Mind a mai napig nem sikerült megalkotni az univerzum általános modelljét, egy olyan elméletet, ami egyesíti a klasszikus és a kvantumfizika törvényszerűségeit
Fotó: NASA/JPL-Caltech

A kvantum-összefonódás egy olyan kvantummechanikai jelenség, amelyben a két objektum kvantumállapota között fennálló összefüggést nem lehet a részrendszerek kvantumállapotával leírni, és ez a fajta titokzatos összefonódás egymástól igen távoli részecskék esetében is fennáll. A kvantummechanika e szokatlan jelenségét Albert Einstein nem véletlenül nevezte „kísérteties távolhatásnak”, mivel ez az állapot még a híres tudós számára is elfogadhatatlannak tűnt. Ha két részecskét ugyanaz az esemény hozza létre, ezek akkor is kapcsolatban maradnak egymással, ha rendkívül naggyá válik a köztük lévő távolság. 

Albert Einstein kísérteties távolhatásnak nevezte a kvantum-összefonódást
Fotó: Wikimedia Commons

Ha az egyikkel történik valami, a párja azonnal reagál erre a távolságtól függetlenül. Mivel a máig érvényes einsteini modellben egyetlen kölcsönhatás sem terjedhet gyorsabban a fény sebességénél, ez a fajta egyidejűség csak úgy értelmezhető, mint ugyanannak a kvantumállapotnak a része, nem pedig lokális, helyhez kötött kapcsolatként. Ezt a furcsa jelenséget, a kvantum-összefonódást használta fel a kutatócsoport az idő újszerű megközelítéséhez is.

Úgy tűnik van egy komoly probléma a kvantumelméletben, az idő problémája

"Létezik olyan módszer az idő értelmezésére, amely összhangban hozható a klasszikus fizika és a kvantumfizika törvényszerűségeivel, és ami az összefonódás megnyilvánulása" – nyilatkozta a Live Science tudományos portálnak Alessandro Coppo, az olasz Nemzeti Kutatási Tanács fizikusa. "Az óra és a rendszer közötti összefüggés teremti meg az idő megjelenését, amely életünk alapvető összetevője” – fűzte hozzá. 

A kvantummechanikában, a mikrokozmosz mindeddig legjobb elméletében az idő rögzült jelenség – kérlelhetetlen, egyirányú áramlás a múltból a jelenbe. 

Kívül marad az általa mért bizarr és állandóan változó kvantumrendszerektől, és csak az olyan külső entitások változásainak megfigyelésével látható, mint amilyenek például az óra mutatói. 

Az új elmélet szerint az idő csupán a kvantum-összefonódás keltette illúzió
Fotó: Live Science/Muratdeniz

Ezzel szemben Albert Einstein általános relativitáselméletében - ami az univerzum legalapvetőbb összefüggéseire koncentrál –, az idő összefonódik a térrel, ami fénysebesség körül tartományban, illetve a gravitáció hatására megváltozhat és téridőként tágulhat. Ezzel pedig alapvetően zsákutcába került a két legjobb valóságelméletünk, amelynek feloldása nélkül elérhetetlen marad egy mindent leíró általános elmélet megalkotása is. "Úgy tűnik, hogy komoly ellentmondás van a kvantumelméletben" - mondta Coppo. – Ezt nevezzük az idő problémájának- tette hozzá.

Az az irány helyes, ha a kvantumfizikából kiindulva próbáljuk megérteni a klasszikus fizikát, nem pedig fordítva

A probléma megoldása érdekében a kutatók a Page and Wootters mechanizmusnak nevezett elmélethez fordultak. Az először 1983-ban publikált elmélet azt sugallja, hogy az idő az egyik objektum számára a kvantum-összefonódás révén jelenik meg egy másik, kvázi óraként működő objektummal együtt. Egy kibogozhatatlan rendszer számára viszont nem létezik az idő, és ez a rendszer az univerzumot „lefagyottnak” és változatlannak érzékeli.

A egyik modellszámítás "lefagyottnak" írta le az univerzumot
Fotó: NASA/JPL-Caltech

A Page és Wootters-mechanizmust két összefonódó, de egymással nem kölcsönható objektum elméleti kvantumállapotára – az egyik egy vibráló harmonikus oszcillátorra, a másik pedig egy óraként működő apró mágnesre – alkalmazva a fizikusok azt találták, hogy ez a rendszer tökéletesen leírható a Schrödinger-egyenlettel, amely megjósolja a kvantumobjektumok viselkedését.

Erwin Schrödinger, osztrák Nobel-díjas atomfizikus, a róla elnevezett egyenlet, illetve paradoxon megalkotója
Fotó: New Scientist

Mégis, a kutatók e híres egyenlethez kapcsolódó változata az idő helyett az óraként működő apró mágnesek állapota szerint futott. Noha maga ez a felismerés nem új, de a csapat következő lépése már az volt. Kétszer is megismételték számításaikat, először az feltételezve, hogy a mágnesóra, majd a harmonikus oszcillátor makroszkopikus (nagyobb) objektumok. Egyenleteik leegyszerűsödtek a klasszikus fizika egyenleteire, ami viszont azt sugallja, hogy az idő áramlása a nagy méretű objektumok összefonódásának a következménye. "Meggyőződésünk, hogy a helyes és logikus irány az, ha a kvantumfizikából indulunk ki, és megértjük, hogyan lehet elérni a klasszikus fizikát, nem pedig fordítva" – kommentálta a módszert Alessandro Coppo, az olasz Nemzeti Kutatási Tanács elméleti fizikusa.

 

Senki sem tudja még, hogy mi lesz ebből a megközelítésből

 

Más fizikusok az óvatosságukat fejezték ki az új elmélettel kapcsolatban. Annak ellenére, hogy a Page és Wootters-mechanizmust lenyűgöző ötletnek találták az idő kvantum eredetére vonatkozóan, ám ehhez hozzáteszik, hogy egyelőre még kísérleti módon nem sikerült alátámasztani ezt a feltevést.

A részecskék világában az emberi elme számára felfoghatatlanul abszurd jelenségek játszódnak le
Fotó: New Scientist

"Igen, matematikailag konzisztens az egyetemes időre úgy gondolni, mint a háromdimenziójú tér kvantumterei és kvantumállapotai közötti összefonódásra" - mondta Vlatko Vedral, az Oxfordi Egyetem kvantuminformáció-tudományának professzora, aki nem vett részt a kutatócsoport munkájában. "Senki sem tudja azonban, hogy ebből a megközelítésből lesz-e valami új vagy gyümölcsöző - például a kvantumfizika és az általános relativitáselmélet módosításai, valamint az ezt alátámasztó megfelelő kísérleti tesztek" – vélekedik az Oxfordi Egyetem professzora.

A fekete lyukakban bezáródik a tér és az idő
Fotó: Science Library

A kételyek ellenére a kvantummechanikából levezetett időelméletek felépítése igen ígéretes kiindulópont lehet – mindaddig, amíg ezek a kísérletekhez illeszkedően alakíthatók. 

Talán van valami az összefonódásban, ahol az idő szerepet játszik

– mondja Adam Frank, a New York-i Rochesteri Egyetem elméleti fizikusa, aki nem vett részt a tanulmány elkészítésében. "Valószínű az az egyetlen módja az idő megértésének, ha nem (valamiféle) Isten szemszögéből, hanem belülről, abból a perspektívából szemléljük, ahol először azt a kérdést tesszük fel magunknak, hogy mi az élet, ami a világ ilyen megjelenését nyilvánítja meg."